Summary
פרוטוקול זה מתאר את ייצור הגולגולת, המוח ופנטום הגידול הספציפיים למטופל. הוא משתמש בהדפסה תלת-ממדית כדי ליצור תבניות, ואלכוהול פוליוויניל (PVA-c) משמש כחומר חיקוי הרקמה.
Abstract
פאנטום הם כלים חיוניים להכשרה קלינית, תכנון כירורגי ופיתוח מכשור רפואי חדשני. עם זאת, זה מאתגר ליצור פנטומי ראש מדויקים אנטומית עם תכונות הדמיה מוחית מציאותית כי שיטות ייצור סטנדרטיות אינן ממוטבות כדי לשכפל כל פרט אנטומי ספציפי למטופל וחומרי הדפסה תלת-ממדיים אינם מותאמים למאפייני הדמיה. על מנת לבדוק ולאמת מערכת ניווט חדשנית לשימוש במהלך ניתוח גידול במוח, נדרש פנטום מדויק מבחינה אנטומית עם הדמיה מציאותית ומאפיינים מכניים. לכן, פנטום פותח באמצעות נתוני מטופל אמיתיים כקלט והדפסה תלת מימדית של תבניות כדי להמציא פנטום ראש ספציפי למטופל הכולל את הגולגולת, המוח והגידול עם ניגודיות אולטרסאונד ורנטגן. הפנטום היה גם תכונות מכניות שאיפשרו את רקמת הפנטום להיות מניפולציה באופן דומה לאופן שבו רקמת המוח האנושית מטופלת במהלך הניתוח. הפנטום נבדק בהצלחה במהלך סימולציה כירורגית בחדר ניתוח וירטואלי.
שיטת ייצור הפנטום משתמשת בחומרים מסחריים זמינים וקל להתרבות. ניתן לשתף בקלות את קובצי ההדפסה בתלת-ממד, ואת הטכניקה ניתן להתאים כדי להקיף סוגים רבים ושונים של גידול.
Introduction
פאנטומים המחקים את התכונות הספציפיות של רקמות ביולוגיות הם משאב שימושי עבור יישומים ניסיוניים והוראה שונים. פאנטומים מחקים רקמות חיוניים כדי לאפיין מכשירים רפואיים לפני השימושהקליני שלהם 1,2 ופנטומים אנטומיים משמשים לעתים קרובות בהכשרת צוות רפואי בכלהתחומים 3,4,5,6,7. פאנטומים אנטומיים ספציפיים למטופל שנעשו עם תכונות מתאימות לחיקוי רקמות הם לעתים קרובות חלק קריטי של סביבת הבדיקה והוא יכול להגביר את הביטחון של רופאים הלומדים להשתמש במכשירחדש 8. עם זאת, עלויות ייצור גבוהות ותהליכי ייצור מורכבים מונעים לעתים קרובות את השימוש השגרתי בפנטומים ספציפיים למטופל. כאן, שיטה מתוארת לייצור עמיד, מודל גידול במוח ספציפי למטופל באמצעות זמין, חומרים מסחריים, אשר ניתן להשתמש בהם עבור אימון ואימות של אולטרסאונד תוך ניתוחי (ארה"ב) באמצעות טומוגרפיה ממוחשבת (CT) הדמיה. הפנטום המתואר במחקר זה נוצר באמצעות נתונים של חולה עם שוואנומה שיווי המשקל (גידול שפיר במוח הנובע מאחד עצבי האיזון המחבר את המוח ואת האוזן הפנימית) אשר לאחר מכן עבר ניתוח כריתה הגידול באמצעות retrosigmoid subraniotomy subraniotomy10. הפנטום פותח על מנת לבדוק ולאמת מערכת ניווט תוך ניתוחית משולבת לשימוש במהלך סוג זה של ניתוח גידול במוח.
על מנת להיות מתאים ליישום זה, פנטום הגידול במוח צריך להחזיק מספר תכונות מפתח. ראשית, זה צריך להיות עשוי מחומרים רעילים, כך שזה יכול לשמש בבטחה בסביבת אימון קליני. שנית, זה צריך להיות תכונות הדמיה מציאותית; עבור היישום המיועד, אלה כוללים במיוחד את ההטלה אולטרסאונד ניגודיות CT. שלישית, זה צריך להיות תכונות מכניות דומות לרקמה אנושית, כך שניתן לטפל בו באותו אופן. רביעית, הפנטום צריך להיות מבוסס על נתוני מטופל אמיתיים, כך שהוא מדויק מבחינה אנטומית ונוהג לשמש לתכנון כירורגי והכשרה. לבסוף, החומרים המשמשים חייבים להיות עמידים, כך הפנטום ניתן להשתמש שוב ושוב.
באופן כללי, חומר חיקוי הרקמות ושיטת ההמצאה שנבחרו עבור פנטום תלויים ביישום המיועד. עבור מבנים נוקשים כמו הגולגולת, המאפיין שנבחר לא צריך להיות מעוות או להיות מסיס במים והוא אמור להיות מסוגל לשמור על רמה מדויקת של פרטים אנטומיים עם שימוש חוזר ונשנה; זה חשוב במיוחד בעת שימוש בפנטום לניסויים שבהם נעשה שימוש ברישום תמונה ולמטרות סימולציה כירורגית. חומרים מבוססי שמן מינרלי כגון שעווהג'ל כבר מבטיח אולטרסאונד 9,11,12 ו photoacoustic13 יישומי הדמיה, עם זאת, כאשר נתון עיוות מכני חוזר הם הופכים פריך, ולכן לא יכול לעמוד בשימוש ממושך, במיוחד עם מכשירים נוירוכירורגיים מיקרוכירורגיים סטנדרטיים. אגר וג'לטין הם חומרים מימיים המשמשים גם כחומרים מחקי רקמות. התוספים הדרושים כדי להתאים את המאפיינים האקוסטיים שלחומרים אלה ידועים היטב 14, אבל יש להם כוח מכני מוגבל והם לא עמידים במיוחד ולכן אינם מתאימים ליישום זה, שבו הפנטום צריך להיות מטופל שוב ושוב.
פוליוויניל אלכוהול קריוגל (PVA-c) היא בחירה פופולרית של חומר מחקה רקמות, כי המאפיינים האקוסטיים והמכניים שלה ניתן לכוונן בקלות על ידי שינוי מחזורי ההפשרה שלה. הוכח כי המאפיינים של PVA-c דומים לאלה שלרקמות רכות 15,16,17,18. PVA-c מבוססי פנטומי המוח שימשו בהצלחה עבור אולטרסאונד והדמיה CT19. החומר חזק מספיק כדי לשמש שוב ושוב, ויש לו רמה גבוהה של גמישות, כך רקמת פנטום עשוי PVA-c ניתן לתפעל מבלי להיות מעוות לצמיתות. חומצה פולילקטית (PLA) הוא חומר קשיח זמין בקלות שימש לייצור הגולגולת, עם זאת, חומר הדפסה שונה ניתן להשתמש במקום PLA, אם יש לו תכונות מכניות דומות והוא לא מסיס במים.
פנטומי המוח בפרט כבר מפוברק בשיטות שונות, בהתאם לרמת המורכבות הנדרשת ואת הרקמות שישלשכפל 20,21,22,23. בדרך כלל, עובש משמש, וחומר חיקוי רקמות נוזלי נשפך לתוכו. מספר מחקרים השתמשו בתבניותמסחריות 24 בעוד שאחרים משתמשים בתבניות מותאמות אישית בהדפסה תלת-ממד של מוח בריא, ומדמה נגעים במוח על ידי השתלת ספירות סמן וצנתריםמתנפחים 19,25. כמיטב ידיעת המחבר, זהו הדו"ח הראשון של מודל פנטום גידול במוח ספציפי למטופל בהדפסה תלת-ממד שנוצר עם תכונות אולטרסאונד ורנטגן מחקות רקמות. ההמצאה הכוללת מתדמית על ידי תרשים הזרימה איור 1; השלמת התהליך כולו אורכת כשבוע.
Protocol
מחקר זה נערך על פי העקרונות שבאו לידי ביטוי בהצהרת הלסינקי ואושר על ידי הרשות לחקר הבריאות של NHS וועדת האתיקה של המחקר (18/LO/0266). הושגה הסכמה מדעת, וכל נתוני ההדמיה היו אנונימיים לחלוטין לפני הניתוח.
1. נתונים
- השג נתוני טומוגרפיה ממוחשבת (CT) משוקללי T1 ומשוקל טרום ניתוחי T1 ונתונים ממוחשבים של נפח (CT).
- אם נרכש בפורמט הדמיה דיגיטלית ותקשורת ברפואה (DICOM), המר ליוזמה טכנולוגית אינפורמטיקה דימותמוחי 26 (NiFTI) פורמט לעיבוד וניתוח.
- השג נתוני אולטרסאונד תוך ניתוחיים.
2. פילוח
- התקן תוכנה כדי למקטע את נתוני המטופל באמצעות.
- פילוח גולגולת
הערה: השלבים המעורבים בפילוח הגולגולת עוקבים באופן נרחב אחר אלה שתוארו על ידי קרמר וקוויקלי27 על https://radmodules.com/אבל מותאמים ליצירת גולגולת בגודל הולם.- טען את סריקת ה- CT הנפחית של המטופל בתוכנת פילוח, פתח את מודול עורך המקטעים וצור פילוח חדש בשם 'גולגולת'.
- השתמש בפונקציה 'Threshold' כדי להדגיש את הגולגולת.
- הסר פילוחים לא רצויים (לדוגמה, הסתיידות עור, הישנות, C1/2, תהליך העט, מסגרת חולה CT, וכל ביאורים מוטבע בתוך התמונה). השתמש בפונקציה 'מספריים' כדי להסיר חלקים בעת הצגת המודל ב- 3D ולעשות שימוש בפונקציה 'איים' לאחר ניתוק ידני של מבנים לא רצוייםבאמצעותהפונקציה ' מחק '.
- תקן באופן ידני את כל הפערים בסגמנטציה שהוחמצו במהלךהסףבאמצעות הפונקציות'צייר ' ו ' צייר ' (למשל, פפיראקיה למינה, קצה קליפת המוח של עצם המאסטואיד ועצם האתמואיד).
- השתמשבפונקציות' צייר'ו ' צייר ' כדי למלא את מגנום foramen וליצור ספייק בולט 5 מ"מ שעליו ניתן לאבטח את החלק התחתון של מודל הפנטום.
הערה: מיקום העלייה נקבע בצורה הטובה ביותר במישורי התמונה של קורונטל וסגיטל. - החל אתהפונקציה' החלקה '. השתמש בהגדרת החלקה חציונית של 1.0 מ"מ (3 × 3 × 1 פיקסלים) כדי למזער את כמות הפרטים שאבדו.
הערה: אם מודל הפנטום חייב לכלול גולגולת שלמה שלם (למשל, כדי להקל על סימולציה כירורגית של יצירת craniotomy ממוקם כראוי), לעבור לשלב 2.2.15; עם זאת, אם נדרשת ניתוח גולגולתי במודל, השלם את השלבים 2.2.7 עד 2.2.14. - לחץעל' הוסף ' כדי להוסיף פילוח חדש ונקוב בשמו 'גולגולת גולגולת גולגולת'.
- במודול 'פילוחים', העתק את פילוח 'גולגולת' לרוחב ל'גולגולת גולגולת' באמצעות הכרטיסייה 'העתק/הזז מקטעים'.
הערה: שני פילוחים 'גולגולת' ו 'גולגולת Craniotomy' נדרשים על מנת להיות מסוגל לבצע את הפונקציות המתוארות בשלבים 2.2.9 כדי 2.2.13 - השתמשבפונקציה' מספריים ' כדי להסיר גולגולת בגודל הולם ב'גולגולת גולגולת גולגולת'.
הערה: יצירת craniotomy בדרך זו יהיה, גם, להסיר חלק נוסף של הגולגולת בצד הנגדי ומכאן הצורך בשלבים 2.2.11 כדי 2.2.14. - לחץ על 'הוסף' והוסף פילוח חדש; שם זה 'קרניוטומיה בלבד'.
- ב'גולגולת בלבד' בחר את הפילוח 'גולגולת גולגולת גולגולת' ולהשתמש 'אופרטורלוגי ' פונקציה כדי להחסיר 'גולגולת Craniotomy' מ 'גולגולת'.
- השתמש בפונקציה 'מספריים' כדי למחוק הכל מלבד craniotomy הרצוי בצד הנכון של הגידול, שמירת 'Craniotomy בלבד'.
- ב'גולגולת גולגולת Craniotomy' להשתמש 'אופרטורלוגי ' פונקציה כדי להחסיר 'Craniotomy בלבד' מ 'גולגולת' ולשמור.
- פתח אתמודול 'פילוחים' וייצא את 'גולגולת Craniotomy' כקובץ סטריאוליטוגרפיה (STL).
- פתח תוכנת מידול תלת-ממד וייבא את קובץ ה-STL 'גולגולת גולגולת גולגולת'.
הערה: אם המודל מופיע בוורוד מפוספס, השלם את הפונקציה 'Flip Normals' על-ידי בחירת הדגם המלא (בחר | לחץ פעמייםעל ) ולאחר מכן על 'ערוך | היפוך נורמלים'. הדגם יהפוך כעת לאפור ויהיה ניתן לערוך אותו. ודאשדפדפן 'הצגת אובייקטים'מופעל. - הפחת את מספר המשולשים כדי לשפר את הזמן החישובי.
- בחירת הדגם המלא (בחירת | לחיצה כפולה הופכת את המודל לכתום) ולאחר מכן 'עריכה | הפחת'. פונקציית ברירתהמחדל' הפחת ' מוגדרת ב- 50% אז חזור על הפעולה עד להשגת ההפחתה הרצויה. כוון למספר כולל של משולשים < 500,000.
- החל את הפונקציה 'החלקה' כדי להבטיח שהתיבה 'שמירה על צורה' תישאר מסומנת. בחר את הדגם המלא ולאחר מכן 'עיוות | חלק".
- לחץ על 'ניתוח' ולאחר מכן על 'מפקח'ולהשתמש בפונקציה זו כדי לזהות פגמים קטנים במודל ולחוץ על תיקון אוטומטי (להציע 'שטוח מילוי' בחירה).
- גזור את 'גולגולת' כדי ליצור חלק עליון ותחתון באמצעותהפונקציה 'עריכה/מישור'חתוכה. בחרו 'שמור על שתי הפרוסות' ו 'Remeshed' סוג מילוי. שנה את הגולגולת לשקופה עם פונקציית 'Shaders' כדי לספק תצוגה פנימית טובה יותר של הגולגולת ולהתאים את המישור כך שהוא מקביל לבסיס הגולגולת.
- הפרד מעטפות על-ידי בחירה באפשרות 'ערוך | הפרד מעטפות' ושם Skull_Top 'Skull_Bottom' ו' בתוך דפדפן האובייקטים.
הערה: אל תזיזו את עמדותיהם. לחץ על סמל העין כדי להסיר סמל זה או אחר מהתצוגה. - לחץ על 'Meshmix' ולאחר מכן בחר 'גליל'כדי ליצור נדוניה ולערוך גודל ל 4 מ"מ × 10 מ"מ × 4 מ"מ ('| שינוי צורה). הסתר 'Skull_Bottom' על-ידי לחיצה על סמל העין כדי להסירו מהתצוגה.
- בחר 'ערוך | ישרמישורים. גליל שקוף נוסף יופיע. בחלון'יישור', בחר 'נקודת משטח' (גליל שקוף בקצה השמאלי) עבור 'מקור' ו'נקודת משטח' ( Shift + לחיצה שמאלית על התת-קרקעי של 'Skull_Top') עבור 'יעד'.
- שימוש ב'עריכת | פונקצייתההמרה מעבירה את הנדוניה לגולגולת באמצעות החץ הירוק ומתאימת את המיקום עם חצים כחולים ואדומים. שנה את Dowel_Anterior'.
- בדפדפן האובייקטים ליצור 3 עותקים ולשנות את השם 'Dowel_Posterior', 'Dowel_Left' ו 'Dowel_Right'.
- הזז כל נדוניה למיקום הרצוי באמצעות 'עריכת | פונקצייתשינוי צורה.
הערה: אל תזיז או תשנה את מיקום הנדוניה במישור הירוק. - צור עותקים של כל אחד מהם אך שמור את כל העותקים באותו מיקום וצור נדוניה נוספת ושנה את גודלו ל- 3 מ"מ × 10 מ"מ × 3 מ"מ. שנה שם 'Dowel'.
- צור חורים עבור Dowels בגולגולת באמצעות הפונקציה 'הבדל בוליאני'. בחרו 'Skull_Top' תחילה ולאחר מכן בחרו נדוניה בדפדפן האובייקטים. בכרטיסיה ' הפרשבוליאני' ודאשההפחתה האוטומטית' כבויה. חזור על הפעולה עבור כל נדוניה בתורה.
- הסתר 'Skull_Top' והצג את הפונקציה 'Skull_Bottom' החוזרת על הפונקציה לעיל 'הבדל בוליאני' עבור כל נדוניה בתורה.
- יצא את 'Skull_Top', 'Skull_Bottom' ו'דואל' כקבצי STL בינאריים נפרדים.
- פילוח רקמת המוח
- העלה את ה-MRI T1 המשופר של המוח כדי http://niftyweb.cs.ucl.ac.uk/program.php?p=GIF ולהוריד את הפלט שלו. זהו כלי parcellation קוד פתוח עבור תמונות משוקלל T1 שמשתמש באלגוריתם זרימת מידע גיאודזי (GIF)28 כדי לבצע מיצוי המוח פילוח רקמות.
- פתח תוכנת פילוח וטען את קובץ פלט הפלט המשופר T1 MRI ו- GIF.
- פתח את מודול 'עורךמקטעים ' וצור פילוח חדש.
- בחר את התוויות המתאימות ושלב אותן כדי ליצור פילוח יחיד. לדוגמה, ניתן לשלב מפות של תוויות מוחיות ו- diencephalon כדי ליצור מודל אחד, המכונה 'מוח' ו- midbrain, גזע המוח, המוח הקטן ומבנים וראמיאניים ניתן לשלב כדי ליצור מודל שני המכונה 'Cerebellum'.
- השתמש בפונקציה 'Smoothing' (חציון מוצע של 2.00 מ"מ, 5 × 5 × 3 פיקסלים).
- השתמש בפונקציה 'מספריים' כדי להסיר פילוחים לא רצויים או שגויים.
- שמור פילוחים של 'מוח' ו'מוחי'.
- פתח 'פילוחים' מודול ולייצא 'מוח' ו 'Cerebellum' כמו קבצי STL.
- פילוח גידולים
- פתח תוכנת פילוח וטען את ה- MRI המשופר של T1.
- פתח את מודול 'עורךפלח שוק ' וצור פילוח חדש בשם 'גידול'.
- השתמשבפונקציה' Threshold ' כדי להדגיש את הגידול.
- תקן את הפילוח באמצעותהפונקציות' צייר',' צייר'ו ' מחק '.
- החל את הפונקציה 'החלקה' (חציון מוצע 2.00 מ"מ 5 x 5 x 3 פיקסלים).
- צור פילוח חדש בשם 'Cerebellum_Tumor'.
- שלב את המודל 'Cerebellum' ו'גידול' באמצעות ' אופרטוריםלוגיים | הוסף' פונקציה.
- שמור פילוחים של 'גידול' Cerebellum_Tumor'.
- פתח את מודול'פילוחים'וייצא את 'גידול' ו'Cerebellum_Tumor' כקבצי STL.
הערה: בסוף תהליך הפילוח, הקבצים הבאים זמינים: 'Skull_Top', 'Skull_Bottom', 'Dowel', 'מוח', 'Cerebellum', 'גידול', 'Cerebellum_Tumor'.
3.3D של תבניות מוח/גידול וגולגולת
- יצירת תבניות המוח והגידול
- פצל את פילוח 'המוח' לשתי ההמיספרות, באמצעות הכלי 'חיתוךמישור ' בתוכנת מידול תלת-ממד.
- שמור כל חצי כדור כקובץ STL נפרד 'מוח ימינה' ו'מוח שמאלי'.
- יבא את קובץ STL 'גידול' לתוכנה עיצוב בעזרת מחשב (CAD).
- לחץ עלהכרטיסיה' רשת שינוי ' ולאחר מכן השתמש בפונקציה 'הפחת' כדי להקטין את גודל המודל כך שניתן יהיה לטפל בו על ידי התוכנית - המטרה היא להקטין את הגודל ככל האפשר, תוך שמירה על כל הפרטים הדרושים.
- לחצו עלהכרטיסייה 'מלא' ולהשתמש בכלי 'רשת שינוי ל- BRep' להמרת רשת שינוי מיובאת לגוף שניתן לטפל בו. אם אין אפשרות להשלים פעולה זו, רשת שינוי זו לא הופחתה מספיק בשלב 3.1.3.
- לחץעל' צור 'ואז' תיבה ' וצייר תיבה סביב הגידול. בחר כדי ליצור זאת כ 'גוף חדש' ולסובב את התצוגה כדי להבטיח את התיבה לחלוטין מקיף את הגידול מכל הצדדים.
- בכרטיסיה שינוי, השתמש בכלי ' שילוב 'כדילחתוך את הגידול ('גוף הכלי') מהתיבה ('גוף היעד'). לאחר מכן זה ישאיר קופסה עם צורה חלולה של הגידול בתוכה.
- ודא שהתיבה החלולה קיימת. חותכים את התיבה למספר מתאים של חתיכות, כך שברגע שהתבנית מתמלאת, ניתן לפרס אותה בנפרד מבלי לפגוע בפנטום שבפנים. לגידול כאן, זה מספיק כדי לפצל את התיבה לשניים, אבל עבור החלקים האחרים של הפנטום, חתיכות נוספות נדרשות.
- צור מישורים דרך התיבה במקומות שבהם יש לחתוך את התבנית. לחץעל' בנה 'לאחר מכן' מטוס בינוני ' כדי ליצור מישור דרך מרכז התיבה. לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המישור שנוצר ובחר 'מישור היסט' כדי למקם את המישור באופן מדויק יותר.
- השתמש בפונקציה 'פיצול גוף' בכרטיסיה 'שינוי' כדי לפצל את התבנית לאורך המישורים שנוצרו.
- להזיז את החלקים הבודדים של התבנית, על ידי לחיצה ימנית ובחירה 'להעביר / להעתיק', כך שכל החלקים פונים כלפי חוץ.
- הוסף מסמרות לפנים של כל פיסת עובש (כך שהוא יכול להתאים יחד בבטחה), על ידי לחיצה על 'צורסקיצה ' ואז ' מעגלקוטרמרכזי ' ועל כל פנים, ציור עיגולים קטנים. לחץ ימינה אז 'Extrude' מעגלים אלה כלפי חוץ כמה מילימטרים על פנים אחד ולהדיר אותם פנימה על הפנים המתאימות.
הערה: העיגולים המובלטים פנימה צריכים להיות מעט גדולים יותר - כ -1.5 מ"מ - מאלה המובלטים כלפי חוץ, כך שהם יתאימו זה לזה בנוחות. - שמור כל חלק של התבנית כקובץ STL נפרד.
- חזור על שלבים 3.1.4 – 3.1.14 עבור 'המוח שמאל', 'המוח הימני' ו 'גידול Cerebellum'.
הערה: שימוש בקובץ 'גידול Cerebellum' ולא רק 'Cerebellum' כדי ליצור את התבנית אומר כי עובש יהיה מקום זה עבור הגידול להיות מוכנס במהלך הבנייה.
- הדפסת תבניות תלת-מימד
- התקן או פתח תוכנת הדפסה בתלת-ממד.
- פתח את קובץ STL עבור כל פיסת התבנית בתוכנת ההדפסה ולסובב אותו כך שהוא שוכב שטוח נגד צלחת לבנות. ניתן להוסיף חתיכות עובש מרובות לצלחת לבנות ולהדפיס אותם בו זמנית.
- בחר גובה שכבה גדול (סביב 0.2 מ"מ) וערך מילוי נמוך (סביב 20%) להדפסה מהירה יותר. הדפס את התבניות באמצעות חומר נוקשה כגון חומצה פולילקטית (PLA). אם התבניות ממוקמות כראוי, אין צורך בחומר תמיכה.
- הדפס את הגולגולת
- פתח את קובץ 'גולגולת למעלה' בתוכנת ההדפסה ובחר גובה שכבה גדול (סביב 0.2 מ"מ) וערך מילוי נמוך (סביב 20%).
- הדפס את דגם הגולגולת ב- PLA אך בניגוד לשלב 3.2.3, תידרש חומר תמיכה, לכן בחר באפשרות 'הוסףתמיכה ' בתוכנה. PVA משמש כחומר התמיכה כפי שהוא יכול מאוחר יותר להיות מומס משם עם מים.
- חזור על שלבים 3.3.1 ו- 3.3.2 עבור 'תחתית הגולגולת'.
- לאחר החלק העליון והתחתון של הגולגולת הודפסו, להטביע אותם במים לילה כדי להמיס את חומר התמיכה PVA.
הערה: חומר התמיכה יתמוסס הרבה יותר מהר אם נעשה שימוש במים חמים, אך אם המים חמים מדי, הם יפרקו את ה- PLA המודפס. לכן, עדיף להשתמש במים קרים ולהשאיר את הטביעה שקועה לילה.
4. הכנת PVA-c
- למדוד 200 גרם של אבקת PVA ולהגדיר בצד.
- מחממים 1800 גרם של מים deionized ל 90 מעלות צלזיוס ומוסיפים בקבוק חרוט 2L.
הערה: המים צריכים להיות כמעט רותחים כך אבקת PVA יתמוסס בקלות, אבל אם המים מגיעים 100 מעלות צלזיוס, כמה יאבדו להתאדות, אשר יש להימנע. - להשעות את הבקבוק חרוט באמבט מים מבוקר טמפרטורה להגדיר ב 90 מעלות צלזיוס.
- מקם stirrer אלקטרוני בבקבוק, להבטיח שזה לא נוגע בתחתית או בצדדים, ולהגדיר את המהירות ל 1500 סל"ד.
הערה: בדוק שהמים זזים באופן שווה ואין נקודות עומדות בצדדים או בתחתית. - מוסיפים בהדרגה את אבקת PVA לבקבוק חרוט, מעל 30 דקות, ולאחר מכן להשאיר אותו לבחוש עוד כ 90 דקות. הג'ל שנוצר הוא חומר חיקוי רקמות PVA-c.
- מוציאים בקבוק חרוט מהאמבטיה ויוצקים את התכולה לתוך מקור. מכסים את החלק העליון עם סרט נצמד כדי למנוע היווצרות של עור על גבי PVA-c. השאירו את ה- PVA-c להתקרר לטמפרטורת החדר (בסביבות 20 מעלות צלזיוס). לאחר הקירור, ה-PVA-c יהיה שקוף. גבישים לבנים זעירים ניתן לראות PVA-c, אבל כל בועות המופיעות על פני השטח חייב להיות גירד בעדינות.
- מוסיפים 0.5 w/w% אשלגן סורבט ל-PVA-c כחומר משמר, ומערבבים היטב באופן ידני.
- PVA-c ניתן להשאיר בטמפרטורת החדר אם מכוסה בסרט נצמד במשך כמה ימים לפני שהוא שפך לתוך תבניות.
5. כינוס פנטום
- למדוד מספיק PVA-c כדי למלא את עובש הגידול לתוך מקור.
- כדי PVA-c עבור הגידול, להוסיף 1 w / w% מיקרוספרות זכוכית עבור ניגודיות אולטרסאונד ו 5 w / w% בריום סולפט עבור ניגודיות רנטגן, ומערבבים ביד.
הערה: ייתכן שיהיה צורך למדוד עודף PVA-c עבור הגידול, כך אחוזים אלה הם כמות מדידה. - Sonicate את הקוסם כדי להבטיח ערבוב הומוגני של תוספים.
- השאירו להתקרר ולאפשר לכל בועות שנוצרו לברוח, סביב 10 דקות, ואז לגרד את כל הבועות מפני השטח.
הערה: אין לצאת לתקופה ממושכת לאחר הוספת כדורי הזכוכית, לא יותר מעשר דקות, לפני שופכים את ה- PVA-c לתבנית, שכן כדורי הזכוכית יתיישבו לתחתית המזווה. ברגע שהפנטום יוקפא, זה כבר לא יהיה דאגה, ואת הפנטום הסופי ניתן להשתמש בטמפרטורת החדר. - לאבטח את עובש הגידול יחד (קלטת ניתן להשתמש כדי לכסות את הצירופים בתבנית) ויוצקים את PVA-c דרך החור בחלק העליון של התבנית. השאירו לכמה דקות כדי לאפשר לכל בועות שנוצרו בתהליך השופך לברוח דרך החור, ואז למקם ישר לתוך המקפיא.
- בצע שני מחזורי הפשרת הקפאה על הגידול; כל מחזור כאן מורכב 6 שעות של הקפאה ב -20 °C (6 °F) ו 6 שעות של הפשרה בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, להסיר בזהירות מן התבנית.
- מניחים את הגידול לתוך החלל המתאים לו בתבנית המוח הקטן, ולאחר מכן לבנות את שאר עובש המוח הקטן ולאבטח אותו יחד.
- ל-PVA-c הנותרים הוסיפו 0.05 w/w% מיקרוספרות זכוכית, ולאחר מכן חזרו על שלבים 5.1.3 ו-5.1.4.
- יוצקים את PVA-c לתוך עובש המוח הקטן, ומאפשר לו להקיף את הגידול שהונח בפנים. בנוסף, יוצקים את התערובת לתוך התבניות עבור כל חצי כדור במוח.
- בצע שני מחזורי הפשרת הקפאה על כל חצי כדור במוח ועל המוח הקטן; כל מחזור כאן מורכב 24 שעות של הקפאה ב -20 °C (69 °F) ו 24 שעות של הפשרה בטמפרטורת החדר.
הערה: מחזורים עם 12 שעות הקפאה ואחריו 12 שעות הפשרה יעילה גם, כדי לאפשר את הפנטום להיווצר בתוך פחות זמן. 24 שעות נבחרה כדי להקל על היישום, כדי למנוע חזרה למעבדה כל 12 שעות. - לאחר שהפנטומים הפשירו בפעם השנייה, הסירו אותם בזהירות מהתבניות והכנסו לגולגולת המודפסת.
הערה: כאשר לא בשימוש, phantoms PVA-c הושלמה צריך להיות מאוחסן במיכל אטום במקרר, והוא יכול להישמר במשך כמה שבועות בדרך זו - לסיום, מניחים את פנטום 'גידול המוח הקטן' על היתד בבסיס דגם 'תחתית הגולגולת'. המודלים של שתי ההמיספרות במוח ('המוח השמאלי' ו'מוח ימין') ממוקמים על החלק העליון של 'גידול המוח הימני') ממוקמים בחלק העליון של 'גידול המוח הקטן'.
- מניחים את ארבעת הדנוונים בכל חלל בדגם 'גולגולת תחתונה' ומציבים את דגם 'גולגולת למעלה' למעלה. במידת הצורך, המודל עשוי להיות תמרון לתוך המיקום הרצוי כדי לדמות שימוש תוך ניתוחי בניתוח.
6. הדמיית פנטום
- הדמיית אולטרסאונד
- החל ג'ל אולטרסאונד על בדיקה הדמיה.
הערה: ג'ל אינו משמש תוך-הניתוח אך ניתן להשתמש בו בסימולציה ואינו משנה באופן משמעותי את זרימת העבודה הקלינית או את איכות התמונות הנרכשות. - תדמיין את המוח והגידול דרך הגולגולת, עם סורק קליני ובדיקה של חור בר.
- החל ג'ל אולטרסאונד על בדיקה הדמיה.
- הדמיית CT
- תדמיין את כל הפנטום בסורק סי.טי.
Representative Results
בעקבות הפרוטוקול המתואר, פנטום מציאותי אנטומית היה מפוברק, אשר מורכב גולגולת ספציפית למטופל, מוח וגידול. המבנים האנטומיים הרלוונטיים לפנטום(גולגולת,מוח, גידול) מחולקים באמצעות נתוני MRI ו- CT של המטופל ( איור 2a,b). נתוני אולטרסאונד תוך ניתוחי החולה (איור 2c; איור 2d מציג תמונה זהה לאיות 2c, אך עם הגידול המתואר) שימש להשוואת תמונות הפנטום לתמונות המטופל האמיתיות.
רשתות נוצרו עבור כל חלק של הדגם (איור 3), ואלה שימשו לאחר מכן לייצור תבניות תלת-ממד. התבניות הודפסו בקלות במדפסת מסחרית והורכבו על ידי חריץ החלקים יחד. תבנית המוח הקטן הייתה המורכבת ביותר לעיצוב ולהרכבה (איור 4). הגולגולת (איור 5a) הייתה החלק הקשה ביותר להדפסה שכן היא דרשה חומר תמיכה, וכך גם תהליך איטי; השלמת ההדפסה כולה אך הושלמה בסך הכל שלושה ימים, וזה גורם מגביל בפרוטוקול.
הפנטום שהושלם (איור 5) היה מודל מציאותי של גולגולת החולה, מוח וגידול. שתי ההמיספרות המוחיות (איור 5b) יוצרו בנפרד, ויש להן מראה מציאותי, הכולל את הגירי והסולצי של המוח. הפנטום כולו הוא לבן בצבע, כמו זה הצבע הטבעי של PVA-c; זה יכול בקלות להיות שונה על ידי הוספת צבע אבל לא היה צורך עבור היישום. המוח הקטן ( איור5c) מתאים בנוחות לבסיס הגולגולת המודפסת וההמיספרות המוחיות יושבות על גבי זה. הגידול נראה בקלות במוח הקטן, גם הניגוד הנוסף שנוסף לגידול גורם לו להיות צבע לבן שמפריד אותו מהחומר שמסביב, שהוא מחובר אליו היטב.
הפנטום תדמיין הן עם CT והן עם אולטרסאונד (איור 6a,b). בריום סולפט שימש כדי לתת לגידול ניגוד CT מתאים, ותדמיתהפנטום ( איור 6a) מראה כי זה הושג, כמו הגידול הוא דמיינו בבירור. הגולגולת לא הודפסה עם מילוי של 100%, כדי לקצר את הזמן שנלקח להדפסה. לכן, הגולגולת אינה נראית מציאותית לחלוטין בתמונות CT, כי מבנה הסריג של ההדפסה ניתן לראות. זה לא בעיה עבור היישום, כמו רק את קווי המתאר של הגולגולת יש צורך במערכת neuronavigation. ניתן להדפיס את הגולגולת עם מילוי של 100% כדי למנוע דיוק מופחת זה של תמונת ה- CT, אך תוסיף זמן לתהליך ההדפסה. מיקרוספרות זכוכית נוספו המוח הקטן, ההמיספרות במוח והגידול עבור ניגודיות אולטרסאונד. התוצאות מראות כי הגידול נראה גם עם הדמיית אולטרסאונד (איור 6b) ו ניתן להבדיל אותו מהרקמות שמסביב. בבדיקה ויזואלית, תמונות האולטרסאונד שהתקבלומהפנטום ( איור 6b), ואלה שהתקבלו מהמטופל (איור 2c) מראות כי סוכני הניגוד המשמשים בפנטום היו יעילים ליצירת תכונות הדמיה מציאותיות.
הפנטום נבדק במהלך סימולציה כירורגית בחדר ניתוח וירטואלי (איור 7). מודל הפנטום היה ממוקם על שולחן הניתוחים באמצעות מהדק גולגולת סטנדרטי וסריקת CT של הפנטום נרשמה באמצעות מערכת נוירון קלינית. גישה retrosigmoid לגידול היה מדומה הגידול היה בתמונה באמצעות מערכת אולטרסאונד קלינית עם מתמר אולטרסאונד חור בר. במהלך הסימולציה הכירורגית, מודל הפנטום התגלה כיציב ולא נצפה נזק מתמרון הפנטום באותו אופן שבו המוח האנושי יהיה במהלך הליך זה, כך שניתן יהיה להשתמש בו שוב ושוב באותם תנאים.
איור 1: תרשים זרימה כדי להראות את השלבים הדרושים כדי להפוך פנטום מוחי PVA-c ספציפי למטופל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: נתוני מטופלים המשמשים ליצירת מודל פנטום. מקורות נתונים של חולה עם שוואנומה שיווי המשקל בצד שמאל:(א) ניגודיות ביתית משופרת T1-משוקלל MRI, חץ לבן מצביע לכיוון הגידול; (ב)סריקת CT אקסיאלית ללא ניגודיות חלון כדי להדגיש את העצם, חץ לבן מצביע לכיוון בשר שמיעתי פנימי מורחב שנגרם על ידי הגידול; (ג)תמונת אולטרסאונד תוך ניתוחית שהושגה במהלך ניתוח שוואנומה שיוויוני; (ד)תמונת אולטרסאונד תוך ניתוחית 
מבואר: גידול (hyperechoic על אולטרסאונד), 
: המוח (המוח הקטן). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: השלמת רשתות שינוי עבור כל קטע בפנטום. רשת STL עבור (א,ב)גולגולת, 
: גולגולת רטרוסיגמואידית בצד שמאל; (ג,ד)ההמיספרות המוחיות; (e, f)גידול ו במוח הקטן, : גידול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תבנית המוח הקטן המודפסת בתלת-ממד. תבנית המוח הקטן המודפסת בתלת-ממד בנויה במלואה (למעלה משמאל) ואת החלקים הנפרדים, אשר ממוספרים בין 1 ל -4. החור בחתיכה 2 (מסומן על ידי 'H') מאפשר לשפוך את PVA-c לתוך התבנית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: פנטום שהושלם. פנטום הפנטוםהמוגמר( a ) פנטום גולגולת (b) עם החלק העליון של הגולגולת הוסר: : רטרוסיגמואיד גולגולת, : גידול, מוח (המוח הקטן), 
המוח (חצי הכדור המוחי הימני); (ג)המוח הקטן והגידול: : גידול, המוח (המוח הקטן). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: תמונות CT ואולטרסאונד שנרכשו עם הפנטום. (א)תמונת CT אקסיאלית של פנטום מלא דרך רמת בסיס הגולגולת והגידול, (ב)תמונת אולטרסאונד תוך ניתוחית של פנטום שנרכשה עם בדיקת אולטרסאונד חור בר דרך craniotomy retrosigmoid במישור בניצב בערך לגולגולת (ניתוח הדמיה, המוח הקטן נסוג מעט על מנת לדמות ישירות על הגידול). גידול, מוח (המוח הקטן), : רטרוסיגמואיד שמאלי craniotomy. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: בדיקת הפנטום במהלך סימולציה כירורגית. בדיקת מודל הפנטום באמצעות סימולציה כירורגית בחדר ניתוח וירטואלי. 
מערכת neuronavigation המציגה את הסריקה הרשומה של מודל פנטום CT, : מערכת אולטרסאונד המשמשת 
לתמונה הפנטום עם מתמר אולטרסאונד חור בר (ראה ממוקם ליד צג אולטרסאונד). שים לב שהמודל בתמונה כאן מבוסס על נתונים שנרכשו מחולה אחר עם גידול בצד ימין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Discussion
פרוטוקול זה מפרט את תהליך הייצור של פנטום מוחי ספציפי למטופל, הכולל את הגידול בשוואנומה של הגולגולת, המוח ושיוויון. שיטות הדפסה תלת-ממדיות אפשרו השגת פרטים מדויקים מבחינה אנטומית. הפנטום המתואר כאן יוצר בהצלחה עם הרמה הרצויה של פרטים אנטומיים; CT והדמיה אולטרסאונד שימשו כדי להדגים כי הגידול היה חזותי בקלות עם שתי הטכניקות. חומר חיקוי הרקמה, PVA-c, מבוסס היטב כחומר מחקה רקמות עבור פאנטום קולי; ניתן לכוונן את תכונותיו האקוסטיות והמכניות עם תוספים ומספר מחזורי הפשרת ההקפאה. החומר זמין, פשוט לשימוש ולא רעיל. עם שימוש חוזר ונשנה, הפנטום היה עמיד מספיק כדי לעמוד מניפולציה ומגע עם בדיקה אולטרסאונד במהלך סימולציות פיזיות של ניתוח שוואנומה שיוויבן.
מספר שלבים מרכזיים זוהו כבינויים לתהליך הייצור. ראשית, פילוח המבנים להכללה בפנטום חייב לכלול את הרמה הרצויה של פרטים אנטומיים. היצירה של קבצי STL מדויקים ותבניות 3D לאחר מכן כדלקמן באופן טבעי. שנית, יש לשקול בזהירות את מיקום המטוסים בתוך תבנית המוח הקטן בשלב 3.1.9, כך שניתן יהיה להסיר את הפנטום בקלות, ללא נזק; זה חייב להיות חתוך לחתיכות מספיק כדי לאפשר פרטים אנטומיים להישמר, תוך מתן פנטום להיות מוסר מבלי להיתקע בתבנית. במקרה זה, נבדקו מספר חזרות ולבסוף התבנית נחתכה לארבע חתיכות נפרדות. השיקול העיקרי השלישי הוא כי במהלך תהליך הייצור PVA-c (סעיף 4), PVA-c יש להשאיר להתקרר לטמפרטורת החדר (שלב 4.1.6). אם שלב זה הוא החמיץ ו PVA-c חם מתווסף תבניות, זה יכול לגרום תבניות להמיס או לעוות. זה גם חיוני כי לאחר כדורי זכוכית מתווספים (שלבים 5.1.2 – 5.1.4), PVA-c לא נשאר לשבת במשך יותר מ 10 דקות; אם נשאר לתקופה ממושכת של זמן, כדורי הזכוכית יישבו לתחתית, ואת הפנטום וכתוצאה מכך יהיה ניגוד אולטרסאונד inhomogeneous29. לאחר הוספת כדורי הזכוכית, יש להוסיף את ה- PVA-c ישירות לתבניות ולהניחו במקפיא. לאחר מחזור ההקפאה הראשון, כדורי הזכוכית יהיו מאובטחים במקום, ואת הפנטום ניתן להשתמש בטמפרטורת החדר. לבסוף, חשוב כי התבניות אטומות בקפידה (למשל, עם סרט הדבקה) לפני PVA-c מתווסף, כדי למזער את הדליפה של התערובת דרך פערים שבו חלק נפרד של התבנית חברו יחד.
לפרוטוקול יש מספר מגבלות. לדוגמה, כמה ציוד מומחה נדרש, כולל אמבט מים ומערבב אלקטרוני. Sonicator משמש גם כחלק פרוטוקול זה, אבל שלב sonication (5.1.3) יכול להיות מוחלף עם ערבוב אלקטרוני נוסף; עם זאת, עם חלופה זו, זה ייקח יותר זמן כדי להשיג תערובת הומוגנית מאשר אפשרי עם השימוש sonication. מגבלה אחת של PVA-c היא כי הוא משפיל לאורך זמן הופך מעופש. התוספת של אשלגן סורבט, כמתואר כאן, מגבירה את חיי המדף של הפנטום, אם כי עדיין יש לשמור אותו במיכל אטום לאוויר. מגבלה שנייה של PVA-c היא כי מחזורי הפשרה בהקפאה נדרשים, מה שמגדיל את משך הזמן הנדרש כדי להפוך את הפנטום. כדי למזער את זמן ייצור הפנטום, שיקול מרכזי הוא מהירות ההקפאה וההפשרה; ברגע שהפנטום קפוא לחלוטין או מופשר במלואו, הזמן שהוא נשאר במצב זה אינו משפיע באופן משמעותי עלהפנטום הסופי 16,30. לכן, אורכי המחזור המשמשים יכולים להיות מגוונים, בתנאי שהפנטום קפוא לחלוטין ומופשר בכל שלב במחזור. לדוגמה, הגידול בפנטום של מחקר זה הוא קטן מאוד, כך מחזורים קצרים יותר יכול לשמש עבור הגידול מאשר עבור המוח. לבסוף, הדפסה תלת מימדית של התבניות והגולגולת היא תהליך שצורך חלק משמעותי (3 ימים) מהזמן הכולל (שבוע) הנדרש כדי להמציא פנטום עם פרוטוקול זה. המדפסת בה נעשה שימוש הייתה דגם מסחרי משנת 2018; ניתן להשלים את תהליך ההדפסה במסגרות זמן קצרות יותר עם שימוש במדפסות חדשות ומהירות יותר.
פנטום המוח המוצג כאן יכול לשמש ישירות לאימון קליני ואימות של מערכות נוירון. כחומר חיקוי הרקמה, PVA-c מאפשר להשתמש בפנטום שנוצר שוב ושוב, למשל ככלי אימון או לאימות אולטרסאונד תוך ניתוחי בניתוח שוואנומה שיווי משקל, מכיוון שהוא חומר עמיד ולא רעיל. ככזה, שיטת ההמצאה משלימה לאלה שתוארו בעבר שבהם נעשה שימוש בהדפסה תלת-ממדית כדי ליצור פאנטומים שלהמוח הספציפי למטופל 20,21,22,23,24,25. השימוש PVA-c כמו TMM עושה את הפנטום מתאים לשימוש בסימולציה של נוירוכירורגיה, כמו החומר יכול לעמוד מניפולציה ידנית חוזרת ונשנית ומגע מבדיקה אולטרסאונד. עבודה זו קובעת את הקרקע למחקרי אימות כמותיים נוספים. שיטת הפנטום המתוארת כאן היא רב-תכליתית מאוד ויתשמש לייצור סוגים רבים של פאנטומים של גידולים ספציפיים למטופל, המשתרעים מהמוח לאיברים אחרים, עם תאימות על פני מספר שיטות הדמיה.
Disclosures
למחברים אין ניגודי אינטרסים להצהיר עליהם.
Acknowledgments
המחברים מודים דניל Nikitichev ו Steffi מנדס על עצתם על השימוש Meshmixer ופרננדו פרז-גרסיה על עצתו על שימוש 3D Slicer ועל מתן לנו קוד כדי להפוך חלק שלבי העיבוד.
עבודה זו נתמכה על ידי Wellcome Trust [203145Z/16/Z; 203148/Z/16/Z; WT106882], EPSRC [NS/A000050/1; NS/A000049/1], מימון MRC [MC_PC_17180] וערעור המוח הלאומי [NBA/NSG/SBS]. טלוויזיה נתמכת על ידי מדטרוניק Inc / רויאל האקדמיה למחקר הנדסי יו"ר [RCSRF1819 \7\34].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AutodeskFusion 360 | Autodesk Inc., San Rafael, California, United States | https://www.autodesk.co.uk/products/fusion-360/overview | CAD software |
| Barium sulphate | Source Chemicals | - | |
| CT scanner | Medtronic Inc, Minneapolis, USA | - | O-arm 3D mobile X-ray imaging system |
| Glass microspheres | Boud Minerals | ||
| Mechanical stirrer | IKA | 4442002 | Eurostar Digital 20, IKA |
| Meshmixer | Autodesk Inc., San Rafael, California, United States | http://www.meshmixer.com | 3D modelling software. Version 3.5.484 used |
| Neuronavigation system | Medtronic Inc, Minneapolis, USA | - | S7 Stealth Station |
| PLA | Ultimaker (Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands) | UM9016 | |
| Potassium sorbate | Meridianstar | - | |
| PVA | Ultimaker | - | |
| PVA powder | Sigma-Aldrich | 363146 | 99%+ hydrolysed, average molecular weight 85,000-140,000 |
| Sonicator | Fisher Scientific | 12893543 | |
| Ultimaker Cura | Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands | https://ultimaker.com/software/ultimaker-cura | 3D printing software. Version 4.0.0 used |
| Ultimaker S5 Printer | Ultimaker BV, Utrecht, Netherlands | - | |
| Ultrasound scanner | BK Medical, Luton, UK | - | BK 5000 scanner |
| Water bath | IKA | 20009381 | HBR4 control, IKA |
| 3D Slicer | http://slicer.org | - | Software used to segment patient data. Version 4.10.2 used |
References
- Culjat, M. O., Goldenberg, D., Tewari, P., Singh, R. S. A review of tissue substitutes for ultrasound imaging. Ultrasound in Medicine and Biology. 36 (6), 861-873 (2010).
- Hwang, J., Ramella-Roman, J. C., Nordstrom, R. Introduction: Feature Issue on Phantoms for the Performance Evaluation and Validation of Optical Medical Imaging Devices. Biomedical Optics Express. 3 (6), 1399 (2012).
- Maul, H., et al. Ultrasound simulators: Experience with the SonoTrainer and comparative review of other training systems. Ultrasound in Obstetrics and Gynecology. 24 (5), 581-585 (2004).
- Craven, C., et al. Development of a modelled anatomical replica for training young neurosurgeons. British Journal of Neurosurgery. 28 (6), 707-712 (2014).
- Zhang, L., Kamaly, I., Luthra, P., Whitfield, P. Simulation in neurosurgical training: a blueprint and national approach to implementation for initial years trainees. British Journal of Neurosurgery. 30 (5), 577-581 (2016).
- Leff, D. R., et al. Validation of an oncoplastic breast simulator for assessment of technical skills in wide local excision. British Journal of Surgery. 103 (3), 207-217 (2016).
- Hunt, A., et al. Low cost anatomically realistic renal biopsy phantoms for interventional radiology trainees. European Journal of Radiology. 82 (4), 594-600 (2013).
- Pacioni, A., et al. Patient-specific ultrasound liver phantom: materials and fabrication method. International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery. 10 (7), 1065-1075 (2015).
- Maneas, E., et al. Anatomically realistic ultrasound phantoms using gel wax with 3D printed moulds. Physics in Medicine and Biology. 63 (1), (2018).
- Samii, M., Matthies, C. Management of 1000 vestibular schwannomas (acoustic neuromas): hearing function in 1000 tumor resections. Neurosurgery. 40 (2), 242-248 (1997).
- Cabrelli, L. C., Pelissari, P. I. B. G. B., Deana, A. M., Carneiro, A. A. O., Pavan, T. Z. Stable phantom materials for ultrasound and optical imaging. Physics in Medicine and Biology. 62 (2), 432-447 (2017).
- Vieira, S. L., Pavan, T. Z., Junior, J. E., Carneiro, A. A. O. Paraffin-Gel Tissue-Mimicking Material for Ultrasound-Guided Needle Biopsy Phantom. Ultrasound in Medicine & Biology. 39 (12), 2477-2484 (2013).
- Maneas, E., et al. Gel wax-based tissue-mimicking phantoms for multispectral photoacoustic imaging. Biomedical Optics Express. 9 (3), 1151 (2018).
- Madsen, E. L., Hobson, M. A., Shi, H., Varghese, T., Frank, G. R. Tissue-mimicking agar/gelatin materials for use in heterogeneous elastography phantoms. Physics in Medicine and Biology. 50 (23), 5597-5618 (2005).
- Duboeuf, F., et al. Investigation of PVA cryogel Young’s modulus stability with time, controlled by a simple reliable technique. Medical Physics. 36 (2), 656-661 (2009).
- Fromageau, J., Brusseau, E., Vray, D., Gimenez, G., Delachartre, P. Characterization of PVA cryogel for intravascular ultrasound elasticity imaging. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 50 (10), 1318-1324 (2003).
- Fromageau, J., et al. Estimation of polyvinyl alcohol cryogel mechanical properties with four ultrasound elastography methods and comparison with gold standard testings. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 54 (3), 498-508 (2007).
- Khaled, W., et al. Evaluation of Material Parameters of PVA Phantoms for Reconstructive Ultrasound Elastography. 2007 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. , 1329-1332 (2007).
- Chen, S. J. S., et al. An anthropomorphic polyvinyl alcohol brain phantom based on Colin27 for use in multimodal imaging. Medical Physics. 39 (1), 554-561 (2012).
- Ploch, C. C., Mansi, C. S. S. A., Jayamohan, J., Kuhl, E. Using 3D Printing to Create Personalized Brain Models for Neurosurgical Training and Preoperative Planning. World Neurosurgery. 90, 668-674 (2016).
- Weinstock, P., et al. Creation of a novel simulator for minimally invasive neurosurgery: Fusion of 3D printing and special effects. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 20 (1), 1-9 (2017).
- Grillo, F. W., et al. Patient-specific neurosurgical phantom: assessment of visual quality, accuracy, and scaling effects. 3D Printing in Medicine. 4 (1), (2018).
- Tsai, A., et al. Creation and Validation of a Simulator for Neonatal Brain Ultrasonography: A Pilot Study. Academic Radiology. 24 (1), 76-83 (2017).
- Reinertsen, I., Collins, D. L. A realistic phantom for brain-shift simulations. Medical Physics. 33 (9), 3234-3240 (2006).
- Mobashsher, A. T., Abbosh, A. M., Wang, Y. Microwave system to detect traumatic brain injuries using compact unidirectional antenna and wideband transceiver with verification on realistic head phantom. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 62 (9), 1826-1836 (2014).
- Cox, R. W., et al. A (sort of) new image data format standard: NiFTI-1. 10th Annual Meeting of the Organization for Human Brain Mapping. 22, (2004).
- Cramer, J., Quigley, E. Advanced Visualization and 3D Printing. Learning Lab at the Society for Imaging Informatics in Medicine annual meeting. , (2019).
- Cardoso, M. J., et al. Geodesic Information Flows: Spatially-Variant Graphs and Their Application to Segmentation and Fusion. IEEE Transactions on Medical Imaging. 34 (9), 1976-1988 (2015).
- Dong, J., Zhang, Y., Wei-Ning, L. Walled vessel-mimicking phantom for ultrasound imaging using 3D printing with a water-soluble filament: design principle, fluid-structure interaction (FSI) simulation, and experimental validation. Physics in Medicine & Biology. , 0-11 (2020).
- Jiang, S., Liu, S., Feng, W. PVA hydrogel properties for biomedical application. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 4 (7), 1228-1233 (2011).
